一、进程是如何进行网络通信的?socket通信的过程?
同一机器上的不同进程之间的通信方式有很多种,主要使用消息传递或共享内存。而跨网络的进程是几乎都是使用socket通信,例如web服务器,QQ。
socket即是一种特殊的文件,操作系统提供了一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),进程间的通信就是靠读写各自的socket完成的。
通信的过程
server:
- 使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议套接字
- 使用bind()系统调用给创建的socket命名,这个名字就是通常所说的服务器地址(ip地址+端口号),例如服务器的80端口
- 使用listen()系统调用,监听来自客户端的连接。
- 使用accept()系统调用,接受来自客户端的连接,这个调用一直处于阻塞状态,直到有客户端的连接。
- 向连接建立的socket里面读写数据(通信)
注意:server最初会创建一个socktet,收到连接请求后(accept())之后会创建一个与原有的命名套接字不同的套接字。这个新的套接字只与这个特定的client通信,而命名套接字会保留下来继续处理来自client的连接。
client:
- 使用socket()系统调用创建一个指定类型和协议的套接字。
- 使用connect()将1中创建的socket连接到服务器的地址。
- 使用系统调用发送和接受数据,最简单的是read( )和write()函数。
二、主要知识点和系统调用介绍
1. int socket(int domain, int type, int protocol); 创建指定类型的socket,两个进程能够通信,必须使用相同域和类型的套接字。
- domain:主要有AF_INET,AF_INIT6,分别表示IPv4、IPv6域
- type:SOCK_STREAM表示有序、可靠、双向的面向连接的字节流 ;SOCK_DGRAM表示长度固定的、无连接的不可靠的报文传递。
- protocol:一般是0,系统会根据前面的域名和类型,选择合适的协议如TCP、UDP协议等。
2.intbind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- sockfd:创建scoket时返回的socket描述符。类似于文件描述符号。
- addr:socket绑定的地址
- addrlen:第二个参数是指针,第三个参数是长度
地址格式:
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
注意:通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。
这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。
3.其它
- int listen(int sockfd, int backlog); //监听socket的描述符,backlog表示最到连接数
- int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); //客户端连接服务器的地址
- int accept(int sockfd, struct sockaddr addr, socklen_t addrlen); //服务器接受连接
- read()/write()
- recv()/send()
- readv()/writev()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
三、简单易学的socket程序示例
一个简单的示例,创建AF_INET型域和SOCK_STREAM面向连接的socket字,server开启服务,client请求连接,向server发送消息,server收到消息后,回应client,结束连接,也关闭服务器。代码中有注释,基本上是安装前面socket通信的步骤写的代码。
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <sys/types.h>
6 #include <sys/socket.h>
7 #include <netinet/in.h>
8
9 void error(const char *msg)
10 {
11 perror(msg);
12 exit(1);
13 }
14
15 int main(int argc, char *argv[])
16 {
17 int sockfd, newsockfd, portno;
18 socklen_t clilen;
19 char buffer[256];
20 struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
21 int n;
22 if (argc < 2) {
23 fprintf(stderr,"ERROR, no port providedn");
24 exit(1);
25 }
26
27 //create a socktet
28 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
29 if (sockfd < 0)
30 error("ERROR opening socket");
31
32 //bind an address to that socktet
33 bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
34 portno = atoi(argv[1]);
35 serv_addr.sin_family = AF_INET;
36 serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
37 serv_addr.sin_port = htons(portno);
38 if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
39 sizeof(serv_addr)) < 0)
40 error("ERROR on binding");
41
42 // listen to the socktet
43 listen(sockfd,5);
44
45 //accept connection and create a corresponding new socket
46 clilen = sizeof(cli_addr);
47 newsockfd = accept(sockfd,
48 (struct sockaddr *) &cli_addr,
49 &clilen);
50 if (newsockfd < 0)
51 error("ERROR on accept");
52
53
54 //communication with the new sockfd(read and write data)
55 bzero(buffer,256);
56 n = read(newsockfd,buffer,255);
57 if (n < 0) error("ERROR reading from socket");
58 printf("Here is the message: %sn",buffer);
59 n = write(newsockfd,"I got your message",18);
60 if (n < 0) error("ERROR writing to socket");
61
62 //ends the connection
63 close(newsockfd);
64
65 //ends server
66 close(sockfd);
67 return 0;
68 }
View Code
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <string.h>
5 #include <sys/types.h>
6 #include <sys/socket.h>
7 #include <netinet/in.h>
8 #include <netdb.h>
9
10 void error(const char *msg)
11 {
12 perror(msg);
13 exit(0);
14 }
15
16 int main(int argc, char *argv[])
17 {
18 int sockfd, portno, n;
19 struct sockaddr_in serv_addr;
20 struct hostent *server;
21
22 char buffer[256];
23 if (argc < 3) {
24 fprintf(stderr,"usage %s hostname portn", argv[0]);
25 exit(0);
26 }
27 portno = atoi(argv[2]);
28
29 //create a socket
30 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
31 if (sockfd < 0)
32 error("ERROR opening socket");
33
34
35 server = gethostbyname(argv[1]);
36 if (server == NULL) {
37 fprintf(stderr,"ERROR, no such hostn");
38 exit(0);
39 }
40 bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
41 serv_addr.sin_family = AF_INET;
42 bcopy((char *)server->h_addr,
43 (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
44 server->h_length);
45 serv_addr.sin_port = htons(portno);
46
47 //connect
48 if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0)
49 error("ERROR connecting");
50 printf("Please enter the message: ");
51 bzero(buffer,256);
52 fgets(buffer,255,stdin);
53
54
55 //write and read data
56 n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));
57 if (n < 0)
58 error("ERROR writing to socket");
59 bzero(buffer,256);
60 n = read(sockfd,buffer,255);
61 if (n < 0)
62 error("ERROR reading from socket");
63 printf("%sn",buffer);
64
65
66 //end this connection
67 close(sockfd);
68 return 0;
69 }
View Code
使用方法:./server 3000 ./client localhost 3000 一般使用2000~65536之间的端口号
上面的代码虽然能让人很快理解,进程之间的网络通信是怎么进行的。但是server只是接收一次消息,就马上结束退出。
而实际中的server是一直在运行的,并且能够同时接收多个client的访问,典型的做法是server每次收到连接请求式都fork一个新的子进程来处理连接请求。
为了避免产生zombie进程,需要在程序中使用signal(SIGCHLD,SIG_IGN);使得父进程无视子进程的die。
改进后的代码:
1 /* A simple server in the internet domain using TCP
2 The port number is passed as an argument
3 This version runs forever, forking off a separate
4 process for each connection
5 */
6 #include <stdio.h>
7 #include <unistd.h>
8 #include <stdlib.h>
9 #include <string.h>
10 #include <sys/types.h>
11 #include <sys/socket.h>
12 #include <netinet/in.h>
13 #include <signal.h>
14
15 void dostuff(int); /* function prototype */
16 void error(const char *msg)
17 {
18 perror(msg);
19 exit(1);
20 }
21
22 int main(int argc, char *argv[])
23 {
24 int sockfd, newsockfd, portno, pid;
25 socklen_t clilen;
26 struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
27
28 if (argc < 2) {
29 fprintf(stderr,"ERROR, no port providedn");
30 exit(1);
31 }
32 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
33 if (sockfd < 0)
34 error("ERROR opening socket");
35
36 bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
37 portno = atoi(argv[1]);
38 serv_addr.sin_family = AF_INET;
39 serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
40 serv_addr.sin_port = htons(portno);
41 if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
42 sizeof(serv_addr)) < 0)
43 error("ERROR on binding");
44
45 listen(sockfd,5);
46 clilen = sizeof(cli_addr);
47 signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
48 while (1) {
49 newsockfd = accept(sockfd,
50 (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen);
51 if (newsockfd < 0)
52 error("ERROR on accept");
53 pid = fork();
54 if (pid < 0)
55 error("ERROR on fork");
56 if (pid == 0) {
57 //close(sockfd);
58 dostuff(newsockfd);
59 exit(0);
60 }
61 else close(newsockfd);
62 } /* end of while */
63 close(sockfd);
64 return 0; /* we never get here */
65 }
66
67 /******** DOSTUFF() *********************
68 There is a separate instance of this function
69 for each connection. It handles all communication
70 once a connnection has been established.
71 *****************************************/
72 void dostuff (int sock)
73 {
74 int n;
75 char buffer[256];
76
77 bzero(buffer,256);
78 n = read(sock,buffer,255);
79 if (n < 0) error("ERROR reading from socket");
80 printf("Here is the message: %sn",buffer);
81 n = write(sock,"I got your message",18);
82 if (n < 0) error("ERROR writing to socket");
83 }
View Code
四、总结
socket几乎是网络间进程通信的唯一手段,它的通信是非常简单并且重要的,需要记住。虽然在实际的大型的网络服务器中,不会使用每次都使用socke系统调用t编程,而是使用包装过的库,但是还是需要了解。
当让要想成为一个C++高手还是需要熟悉某种网络库,能力强的话可以自己包装实现一个网络库。但是我觉得新手还是先看看人家的库~~如:比如boost-asio、比如libevent,boost-asio
参考:
1.http://www.linuxhowtos.org/C_C++/socket.htm?userrate=2
2.http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html
原文链接: https://www.cnblogs.com/wxquare/p/5027948.html
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